FMEA分析方法

1、SAE-ARP-4761 （1996 ）FMEA 是一種系統(tǒng)的，自下而上的方法，用于識(shí)別系統(tǒng)，項(xiàng)目或功能的故障模式，并確 定對(duì)下一個(gè)更高級(jí)別的影響。它可以在系統(tǒng)中的任何級(jí)別（例如，零件，功能，黑盒等）執(zhí) 行。軟件還可以使用功能 FMEA 方法進(jìn)行定性分析。通常， FMEA 用于解決單個(gè)故障導(dǎo)致 的故障影響。FMEA 的范圍應(yīng)該與請(qǐng)求它的用戶協(xié)調(diào)。分析可以是部件 FMEA 或功能 FMEA 。如果 從功能FMEA導(dǎo)出的故障率允許滿足 PSSA概率預(yù)算，則可以不需要零件 FMEA。 FMEA 通常包括以下信息。a、組件、功能或 /和功能的識(shí)別；b、故障模式和相關(guān)的硬件故障率（數(shù)值或分類） ；c、失

2、效效應(yīng)（直接和/或在下面更高級(jí)水平）；d、可檢測(cè)性和檢測(cè)手段；FMEA 也包括以下信息：a、補(bǔ)償動(dòng)作（即自動(dòng)或手動(dòng)） ；b、發(fā)生故障的飛行階段；c、故障影響的嚴(yán)重性FMEA可以與概率技術(shù)（例如FTA或DD）結(jié)合使用以產(chǎn)生定量分析。此外，F(xiàn)MEA可以用于通過從下到上提供故障效應(yīng)的補(bǔ)充列表來(lái)補(bǔ)充 FTA / DD。故障模式和影響分析（ FMEA）1、介紹故障模式和影響分析（ F M EA ）是一種系統(tǒng)方法，用于識(shí)別系統(tǒng)，項(xiàng)目，功能或零件的故障模式，并確定對(duì)下一個(gè)更高級(jí)別設(shè)計(jì)的影響。還可以確定每個(gè)故障模式的檢測(cè)方法（如果有的話） FMEA 可以是定量或定性分析， 并且可以在所有類型的系統(tǒng) （例如，電

3、氣，電子或機(jī)械系統(tǒng)）上執(zhí)行。如果正在執(zhí)行定量 FMEA ，則針對(duì)每個(gè)故障模式確定 故障率。FMEA的結(jié)果可以用于生成故障模式和效果概要（FMES ）,并且通常用于支持 系統(tǒng)安全評(píng)估（SSA）過程的其他分析技術(shù)，例如故障樹分析（FTA），依賴關(guān)系圖DD） 或馬爾可夫分析（MA）。故障的組合通常不被認(rèn)為是 FMEA的一部分。2、范圍通過假定所選級(jí)別的具體實(shí)現(xiàn)可能失敗的方式對(duì)給定級(jí)別（系統(tǒng)，項(xiàng)目等）執(zhí)行FMEA。 每個(gè)故障模式的影響在給定等級(jí)下確定， 并且通常是設(shè)備的每個(gè)操作模式的下 一較高等級(jí)。 有時(shí)， FMEA 可能需要專注于特定操作場(chǎng)景以支持自上而下的 FTA， DD 或 MA。FMEA 必須

4、考慮所有與安全有關(guān)的影響以及由要求確定的任何其他影響。 在不可 能識(shí)別故障模式的特定性質(zhì)的情況下，必須假定最壞情況的影響。 如果最壞情況對(duì)于 故障樹是不可接受的，則必須在下一個(gè)較低的等級(jí)檢查故障模式。（即，如果 FMEA在功能級(jí)別進(jìn)行，則降至零件級(jí)別，并排除對(duì)所考慮事件沒有影響的組件。如果分析是 在零件級(jí)別進(jìn)行，則降低以考慮特定故障機(jī)理。另一個(gè)選擇是重新設(shè)計(jì)以改善冗余或添 加監(jiān)控。無(wú)論 FMEA 的執(zhí)行水平如何， FMEA 的主要步驟包括準(zhǔn)備，分析和文檔。3、FMEA 過程3.1 FMEA 準(zhǔn)備階段FMEA 的準(zhǔn)備包括確定客戶要求，獲得當(dāng)前文檔，以及了解功能的操作。在開始之前了解客戶對(duì) FME

5、A 的期望和要求很重要。 如果 FMEA 要求未知， FMEA可能不滿足請(qǐng)求者的需求，可能必須重做FMEA 的要求通常源自 PSSA 活動(dòng)，例如 FTA，DD，MA 。 分析師需要知道分析 水平（功能對(duì)零件），安全相關(guān)效應(yīng)，其他故障影響和感興趣的操作模式。 FMEA 用于 支持安全評(píng)估過程， 通過提供故障率來(lái)量化 FTA，DD 或 MA 的基本事件。 FMEA 還可 以用于通過 FMEA 故障模式與故障樹的基本事件的比較來(lái)支持 FTA 的驗(yàn)證。開始執(zhí)行分析之前的最后一步是獲得完成分析所需的以下信息，或者可以簡(jiǎn)化分析 活動(dòng)。a、FMEA 要求，包括相關(guān)的安全性和要求的故障影響和特定的運(yùn)行模式；b

6、、規(guī)格；c、當(dāng)前圖紙和原理圖；d、每個(gè)系統(tǒng)和項(xiàng)目的部件列表；e、功能框圖；f、說明材料包括操作理論；g、適用的故障率列表；h、上一代或類似功能的 FMEA ；i、任何未包含在原理圖中的設(shè)計(jì)更改和修訂（注意：設(shè)計(jì)可能會(huì)頻繁更改，并且具有 最新材料將減少 FMEA 更新。）j、如果適用，先前 FMEA 的組件故障模式的初步列表； 注：對(duì)于在設(shè)計(jì)階段早期執(zhí)行的 FMEA ，上述一些信息將不可用，并且可能必須進(jìn)行假 設(shè)或估計(jì)。 必須保留這些假設(shè)的詳細(xì)文檔，以便進(jìn)行可追溯性并簡(jiǎn)化未來(lái)的更新。3.2 執(zhí)行分析分析人員需要審查和理解在上述準(zhǔn)備階段收集的信息。 分析人員還會(huì)發(fā)現(xiàn)，理解 識(shí)別故障模式。 在被分析

7、的設(shè)計(jì)等級(jí)，每個(gè)可行的硬件故障模式被假定。 組成給定級(jí) 別的組件或功能的故障模式需要考慮所分析的設(shè)計(jì)在下一個(gè)更高級(jí)別中執(zhí)行的功能很有用在分析者獲得足夠的知識(shí)之后，分析每個(gè)識(shí)別的故障模式以確定其對(duì)給定級(jí)別的影響，并且通常也包括對(duì)較高級(jí)別 的影響。為每種不同類型的效果創(chuàng)建失效效應(yīng)類別，并且可以將代碼分配給每個(gè)效果類 別。通過將每個(gè)效果的描述從工作表移動(dòng)到報(bào)告正文來(lái)定義這些代碼簡(jiǎn)化了 FMEA 工作 表。FMEA工作表提供了故障模式，效果和概率的列表。在以下部分中提供了 FMEA工 作表的示例。每個(gè)效果類別必須只有一個(gè)更高級(jí)別的效果，否則效果類別必須更詳細(xì)地 定義。例如， 如果效果類別最初被定義為“

8、使信號(hào) xyz 超出規(guī)格”，但是超出高規(guī)格的情況 與超出低規(guī)格的情況造成的效果是不同的，則效果類別應(yīng)當(dāng)被分割為“ .超出高規(guī)格 “和.”.超出低規(guī)格“。類似地，如果發(fā)現(xiàn)故障模式導(dǎo)致兩個(gè)更高水平的效果（例如， “信號(hào) A的損失”和“信啞的損失”，則這兩個(gè)應(yīng)當(dāng)被組合以形成新的效果類別“信號(hào) A和B的 損失“。檢測(cè)故障的方法通常在 FMEA 工作表中確定并記錄。 檢測(cè)方法的示例包括通過硬 件或軟件監(jiān)視器，飛行機(jī)組檢測(cè)，上電測(cè)試和維護(hù)檢查。對(duì)于定量FMEA，將故障率分配給每個(gè)故障模式。只要可能，故障率應(yīng)根據(jù)已經(jīng)在現(xiàn)場(chǎng)使用的類似設(shè)備的故障數(shù)據(jù)確定。 行業(yè)的故障率包括 MIL-HDBK-217 ， MIL

9、-HDBK-338，RAC “無(wú)電子零件可靠性數(shù)據(jù)” （NPRD ）和GIDEP （政府工業(yè)數(shù)據(jù) 交換計(jì)劃）， MIL-HDBK-978 和羅馬實(shí)驗(yàn)室的“可靠性工程師工具包”。 每個(gè)故障影響類別 的總故障率可在匯總表中詳細(xì)說明，或概述在故障模式和影響總結(jié)（FMES ）中。有兩種基本類型的 FMEA- 功能和部件。 通常執(zhí)行功能 FMEA 以支持安全性分析 效應(yīng)，執(zhí)行零件 FMEA 是為了提供故障率的進(jìn)一步細(xì)化所必須的。 通常，當(dāng)來(lái)自功能 FMEA分析獲得的過于保守的故障率不能讓系統(tǒng)或項(xiàng)目滿足FTA失效預(yù)算概率時(shí)，部件FMEA 被將被執(zhí)行。部件 FMEA 也可用于依賴冗余設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，因?yàn)楣δ?F

10、MEA 可能 不會(huì)揭示影響多于一個(gè)冗余元件的單個(gè)組件故障。 部件 FMEA 也用于機(jī)械項(xiàng)目和組件的 安全分析。3.2.1 功能 FMEA功能 FMEA 可以在任何維修約定級(jí)執(zhí)行。細(xì)分適當(dāng)?shù)牡燃?jí)由系統(tǒng)的復(fù)雜性和分析的目 標(biāo)決定。如果所需的分析主要在電路或機(jī)械裝置的某部分上，而不主要是特定的功能，則其 應(yīng)被分解成功能塊。從飛機(jī)或系統(tǒng)級(jí)，這可以意味著將每個(gè) LRU 或項(xiàng)目定義為功能塊。從 系統(tǒng)或更低級(jí)別也許涉及到將項(xiàng)目分解為許多塊。如果每個(gè)塊具有盡可能少的輸出，則 FMEA 任務(wù)就得到了簡(jiǎn)化。一旦確定了功能塊，應(yīng)創(chuàng)建功能框圖，并且每個(gè)塊標(biāo)記有其功能 名稱。對(duì)于每個(gè)功能塊，應(yīng)相對(duì)于系統(tǒng)操作分析內(nèi)部和接

11、口功能。下一步是為每個(gè)功能塊假定故障模式。通過考慮功能塊的意圖（功能）并嘗試確定該功 能如何失效來(lái)確定失效模式， 無(wú)論使用的部件具體是什么。 分析人員必須足夠了解功能塊的 操作，以至于沒有忽略重要的故障模式，包括可能影響多個(gè)冗余功能塊的單個(gè)部件故障。通 常，給定塊功能的清楚描述，這會(huì)使得許多故障模式變得很明顯。以下是功能故障模式的簡(jiǎn)單示例：產(chǎn)生 5V 的電源電路可以稱為功能塊。一些功能故障模式的示例如下。a、沒有電壓b、電壓不足5Vc、電壓大于5Vd、輸出的5V帶有噪聲e 、對(duì)地短路或其他電壓基于電路實(shí)現(xiàn)可能存在其它故障模式。通過考慮該功能如何適應(yīng)整體設(shè)計(jì)來(lái)確定每個(gè)故障模式的效應(yīng)。 通常為每種

12、效應(yīng)類型創(chuàng) 建失效效應(yīng)類別， 并分配失效效應(yīng)類別代碼。 導(dǎo)致相同效應(yīng)的所有故障模式都分配給效應(yīng)類 別。然后，對(duì)于每個(gè)故障，效應(yīng)類別代碼可以輸入到 FMEA 工作表中，如表 G1 所示。在確 定故障影響和檢測(cè)手段時(shí)，必須考慮軟件和故障監(jiān)控。作為此分析的一部分，分析人員還必 須驗(yàn)證監(jiān)控確實(shí)可以檢測(cè)故障模式。 為了正確執(zhí)行此分析， 分析人員必須具有系統(tǒng)要求和軟 件設(shè)計(jì)的詳細(xì)知識(shí)，包括適用的內(nèi)部故障管理技術(shù)。如果正在進(jìn)行定量分析， 則向每個(gè)故障模式分配故障率。 一種技術(shù)是基于類似功能的以 往經(jīng)驗(yàn)來(lái)執(zhí)行每個(gè)塊的故障率預(yù)測(cè)并且為各種故障模式分配故障率， 從而確定發(fā)生概率。 部 件故障分布指南見。Table

13、 G1 -功能 FMEA 工作表(Functional FMEA worksheet )故障模式和影響分析（FMEA ）系統(tǒng)(System )FMEA DescriptionDate子系統(tǒng)(Subsystem )Sheet of(item ATA)FTA Refere nces:FileAuthor :Rev功能名稱Fun cti onNames功能代碼Fun cti on Code失效模式Failure Mode模型故障率Mode failureRate飛行狀態(tài)Flight Phase失效效應(yīng)Failure Effect檢測(cè)方式Detecti onMethod注釋Comme nts功能 FM

14、EA 的結(jié)果記錄在類似于表 G1 的工作表中。 此示例表可以修改以滿足 程序需要。 不同的要求可能導(dǎo)致添加或刪除一些信息。 分析人員應(yīng)該在開始分 析之前確保 FMEA 表格和內(nèi)容滿足請(qǐng)求者的特定需求。隨著分析的進(jìn)行，應(yīng)對(duì) FMEA 的未來(lái)維護(hù)進(jìn)行非正式記錄，并協(xié)助解決有關(guān) FMEA 的問題。a、 每個(gè)故障模式的說明；b、 分配故障率的理由；C、將特定故障分配給故障效應(yīng)類別的原理；d、記錄所做的任何假設(shè)；這份文件不在 FMEA 的報(bào)告中，但是應(yīng)保留作為參考。3.2.2 部件 FMEA部件 FMEA 類似于功能 FMEA ，不同之處在于，不是在功能或框圖級(jí)別分 析，而是分析包含在項(xiàng)目或功能中的每個(gè)

15、單獨(dú)組件的故障模式。部件 FMEA 可 用于確定潛在的電氣，電子或機(jī)械故障的故障影響。例如， 電阻器或電機(jī)軸的故 障的影響可以被認(rèn)為是部件 FMEA 的一部分。電子設(shè)備上的部件 FMEA 通常只 在功能 FMEA 過于保守的結(jié)果不能使該項(xiàng)目滿足 FTA 故障預(yù)算概率時(shí)才需要執(zhí) 行。這部分是由于難以確定復(fù)雜組件的故障模式。部件 FMEA 的第一步是創(chuàng)建一個(gè)由 FMEA 覆蓋的所有組件的列表。下一步 是確定每個(gè)組件類型的故障模式。這是部件 FMEA 中最困難的部分，特別是對(duì) 包含復(fù)雜集成電路的電子產(chǎn)品執(zhí)行的 FMEA。確定除了最簡(jiǎn)單的組件（其中行業(yè) 數(shù)據(jù)可用）之外的所有故障模式是非常困難的，有時(shí)是

16、不可能的。當(dāng)有疑問時(shí)， 必須做出部件失效模式的最壞情況假設(shè)。 幫助確定部件故障模式的信息包含在中一旦組件的零件失效模式被確定，它們被輸入到 FMEA 工作表中，如表 G2 所示。此示例工作表可以修改以滿足個(gè)人需求。 不同的要求可能導(dǎo)致添加或刪除 工作表中的一些信息。分析人員應(yīng)該在開始分析之前確保 FMEA 表格和內(nèi)容滿 足請(qǐng)求者的特定需求。Table G2 恣件 FMEA 工作表(Piece-Part FMEA worksheet )故障模式和影響分析（FMEA ）系統(tǒng)(System )FMEA DescriptionDate子系統(tǒng)(Subsystem )Sheet of(item ATA)F

17、TA Refere nces:FileFun cti onAuthor :Rev部件數(shù)Part Number部件類型Part Type失效模式Failure Mode模型故障率Mode failureRate飛行狀態(tài)Flight Phase失效效應(yīng)Failure Effect檢測(cè)方式Detecti onMethod注釋Comme nts下一步是確定故障對(duì)下一個(gè)更高級(jí)別組件的影響，并為故障分配故障影響類別 可以將失效效應(yīng)代碼分配給每個(gè)類別以簡(jiǎn)化表格。 然后可以將每個(gè)失效效應(yīng)類別 的詳細(xì)描述包括在報(bào)告的文本中。 導(dǎo)致相同效果的所有故障模式都分配給效果類 別。然后，效果類別代碼可以針對(duì)每個(gè)故障輸入到

18、 FMEA 工作表中，如表 G2 所示。在確定故障影響和檢測(cè)手段時(shí)， 必須考慮軟件和故障監(jiān)控。 作為此分析的 一部分，分析人員還必須驗(yàn)證監(jiān)控確實(shí)可以檢測(cè)故障模式。 為了正確執(zhí)行此分析， 分析人員必須具有系統(tǒng)要求和軟件設(shè)計(jì)的詳細(xì)知識(shí)， 包括適用的內(nèi)部故障管理技 術(shù)。如果正在進(jìn)行定量分析， 則向每個(gè)故障模式分配故障率。 組件部件故障分布指南 見。隨著分析的進(jìn)行，應(yīng)對(duì) FMEA 的未來(lái)維護(hù)進(jìn)行非正式記錄，并協(xié)助解決有關(guān) FMEA 的問題。e、每個(gè)故障模式的說明；f、分配故障率的理由；g、將特定故障分配給故障效應(yīng)類別的原理；h、記錄所做的任何假設(shè)；這份文件不在 FMEA 的報(bào)告中，但是應(yīng)保留作為參考。

19、 確定零部件故障模式和故障分布當(dāng)執(zhí)行零件 FMEA 時(shí)，可能需要進(jìn)一步分解組件的故障率以識(shí)別適用于特定故障模式的故障率的百分比?？梢詮闹T如 RAC “故障模式機(jī)構(gòu)分配”（FMD ）, MIL-HDBK-978 和羅馬實(shí)驗(yàn)室的“可靠性工程師工具包”等行業(yè)文件中獲得指導(dǎo)， 這些文件為許多組件類型提供此信息。要考慮的典型故障模式包括但不限于以下：a、 打開b、 短路C、參數(shù)漂移d 、 失調(diào)e、介質(zhì)（絕緣體）擊穿f 、 間歇操作g、 不工作h、 誤操作i、磨損j 、 機(jī)械故障k、黏著l 、 疏松m 、 斷裂通常，必須考慮組件的功能， 并且必須考慮組件可能無(wú)法正確執(zhí)行該功能的 所有潛在方式， 以包含在組

20、件故障模式列表中。還必須考慮組件的意外功能。上 述參考文獻(xiàn)提供了良好的基礎(chǔ)， 允許分析人員確定被分析的組分的潛在失效模式。 工程判斷是故障模式確定過程的必要部分。盡管故障率和模式源文檔為某些組件類型的故障模式提供了基礎(chǔ)， 但是這些 文檔中不包含許多設(shè)備類型。 這對(duì)于需要逐部分地考慮的復(fù)雜數(shù)字 IC 尤其如此。 確定數(shù)字設(shè)備的故障模式通常需要工程判斷，并且不可能針對(duì)復(fù)雜數(shù)字 IC 確定 所有故障模式。用于估計(jì)復(fù)雜數(shù)字設(shè)備的故障模式的方法是用可以存在更好的故障模式的 定義的功能塊來(lái)對(duì)所考慮的數(shù)字設(shè)備進(jìn)行建模。 如果可能， 將功能塊可能故障的 引腳電平影響確定為器件故障模式。 一些故障可能影響多個(gè)引

21、腳和引腳的各種組 合。必須特別注意可能導(dǎo)致 FTA 基本事件的潛在部件故障模式。嘗試通過物理故障方法來(lái)確定實(shí)際故障機(jī)制和相關(guān)影響不推薦用于 IC ，因 為它迫使分析人員對(duì)每個(gè)數(shù)字IC執(zhí)行FMEA。該FMEA ”可能比完成的較高級(jí) FMEA 更復(fù)雜，并且對(duì)于復(fù)雜 IC 可能無(wú)法實(shí)現(xiàn)。此外，芯片制造商未公開的增 強(qiáng)設(shè)計(jì)可能使整個(gè)工作毫無(wú)意義 （過時(shí)）。復(fù)雜的 IC 故障模式可以包括間歇性故 障和可能影響多個(gè)引腳的各種故障組合。其他組件類型的故障模式比 ICs 更容易獲得。然而，從多個(gè)參考看，相同的 組件類型，可能產(chǎn)生不同的故障模式分布， 有時(shí)甚至是不同的故障模式。 這指出， 即使是簡(jiǎn)單的組件， 它

22、是很難確定哪些潛在的失效模式是有效的， 哪些不能發(fā)生。3.2.3 證實(shí)如果難以確定故障模式的失效效應(yīng)的分析方法， 則應(yīng)盡可能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證。 期望通過測(cè)試驗(yàn)證所有重要的失效效應(yīng)。 對(duì)于電氣或電子系統(tǒng)，可以通過打開 引線或?qū)⒁€短接在一起或接地來(lái)引入故障。 如果器件輸出可以分為三態(tài)， 則可 以輕松引入邏輯組合。 不幸的是，最難分析的故障模式有時(shí)難以通過測(cè)試來(lái)確認(rèn)。 例如，不可能為大多數(shù) IC 引入所有故障。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件也可用于模擬故 障。該軟件允許將等效的故障引入到電路仿真中并確定故障效應(yīng)。在測(cè)試和實(shí)際使用期間的故障分析也可用于證實(shí) FMEA 的結(jié)果。 此故障數(shù) 據(jù)還可用于為將來(lái)的 FMEA 創(chuàng)建故障模式庫(kù)。4、文檔4.1 FMEA reportFMEA 的報(bào)告應(yīng)該包括：a、 可用于 FMES 、FTA 或相似分析參考的文檔編號(hào)；b、 介紹包含關(guān)于 FMEA 的目的和對(duì)象的簡(jiǎn)要說明。C、操作的簡(jiǎn)要概述和框圖。d、描述分析方法的部分。 （本節(jié)應(yīng)包括如何執(zhí)行分析的描述，使用的級(jí)別的定 義和相關(guān)假設(shè)的列表） 。e、FMEA 結(jié)果的完整列表。（可以使用類似于和中包含的示例的 FMEA 形式。）f、識(shí)別所分析的硬件，軟件和固件的部件號(hào)和修訂狀態(tài)。g、附錄還應(yīng)包括以下項(xiàng)目。（